CuCl_2处理对木榫焊接性能的影响

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用CuCl_2浸渍桦木木榫,分析浸渍处理对焊接性能。结果表明,1)CuCl_2处理组试件和未处理组试件平均抗拉拔力分别为4 988N和4 027N,说明浸渍木榫能够有效提高焊接试件抗拉拔力;2)对木质素等熔融物质在焊接界面的分布情况进行观测分析,发现在CuCl_2处理试件界面分布较均匀,而在未处理试件界面有熔融物质缺失和富积区域;3)采用FTIR对未处理木榫与界面、CuCl_2处理木榫与界面的对比分析,发现木质素、半纤维素等在焊接过程中均发生了热解,CuCl_2处理试件的木质素芳香环发生了少量热解,而未处理试件木质素侧链发生热解后,芳香环相对比较稳定并通过-CH_2-发生了单元间缩合;4)CuCl_2处理和焊接过程均能提升相对结晶度,未处理木榫相对结晶度为19.2%,CuCl_2处理木榫、未处理界面和CuCl_2处理界面的相对结晶度分别高于未处理木榫12.5%、75%和51%。     

落叶松为基材的木榫旋转焊接性能及机理研究

选取国产落叶松为木榫旋转焊接基材,对其抗拉拔性能及反应机理进行研究。通过对基材上不同预钻孔/木榫直径比抗拉拔试验,以及木榫直接敲入方式的抗拉拔的对比试验,研究了各因素对焊接性能的影响,并将其结果与欧洲云杉基材进行比较。通过FTIR对落叶松焊接基材情况下木榫及焊接界面进行了化学机理分析。结果表明,木榫旋转焊接落叶松基材的抗拉拔强度与弹性阶段刚度均明显高于欧洲云杉基材;不同预钻孔径对落叶松基材的抗拉拔强度影响不大,但对欧洲云杉影响较大;木榫旋转焊接能够极大提高木榫与基材连接节点的抗拉拔强度,其中落叶松基材提高了416%,而欧洲云杉仅提高了177%。FTIR表明木榫旋转焊接过程中纤维素、半纤维素、木质素发生热解与熔融,冷却后形成高强度的焊接界面。     

木榫旋转摩擦焊接抗拉拔力的影响因素

在红松(Pinus koraiensis Sieb. et. Zucc)木材基材上钻制2种规格可插入木榫棒的预钻孔(预钻孔径8、9 mm,深度40 mm)、选取2种规格红松材质的木榫棒(长100 mm,直径10、12 mm),分别进行不同木榫棒直径与预钻孔孔径比、不同基材纹理的圆棒木榫旋转焊接试验,并与敲击试验试件进行对比,分析不同试验方法对焊接试件抗拉拔力的影响。结果表明:①木榫旋转焊接能明显提高连接的抗拉拔力,高于敲击试件300%以上,焊接界面上有大量熔融物质,说明木榫旋转焊接对于连接强度的提升具有明显作用。②随着木榫棒直径与预钻孔孔径比的增加,抗拉拔力逐渐增大,在同一木榫棒直径与预钻孔孔径比时,顺纹基材焊接产生的抗拉拔力高于横纹基材。③纹理对于焊接性能的影响十分显著,对焊接后木榫棒焊接部位的形态进行观察,横向纹理对木榫棒直径的削减作用更为明显,顺纹焊接后木榫棒整体呈圆台状,木榫棒直径的变化更为平滑;对焊接带进行观察,顺纹焊接的焊接带平均宽度明显高于横纹焊接带平均宽度,同参数规格时,顺纹焊接试件抗拉拔力高于横纹焊接试件抗拉拔力。     

毛竹销（钉）的高速旋转摩擦焊接性能研究

选取毛竹销钉替代木榫在1 500 r/min的情况下与榉木基材进行旋转摩擦焊接，对其抗拉强度和焊接机理进行研究。重点研究不同形状的预钻孔和不同榫径与孔径比值下的竹销钉焊接抗拉拔强度，并将其与木榫焊接和PVAc胶接的抗拉强度进行对比。结果表明:1）当采用恒定直径孔10/9、10/8、10/7、10/6 4种榫径/孔径比的焊接强度均高于PVAc胶接强度，但低于木荷榫和榉木榫的焊接强度，其中10/8的榫径/孔径比的焊接强度相对最高，达到了5.54 MPa；2）当采用渐变直径孔，竹销钉的焊接强度得到明显提高。其中10/8-6的榫径/渐变孔径比值取得了最高的焊接强度，达到6.42 MPa，比10/8比值的强度提高了15.6%，超过了木荷榫的焊接强度，但不及榉木榫的焊接强度；通过对竹销钉的焊接界面温度进行监测，发现焊接界面能在2 s内达到300℃以上的峰值高温，且维持了一定的高温时间（通常约2～3 s），随后随着竹销停止旋转摩擦，温度逐步下降；不同的榫径与孔径比值下，焊接界面的升温速率、峰值温度和高温持续的时间不同，它们是产生强度差异的主要原因；SEM观察结果显示，竹销旋转摩擦焊接界面由竹销或基材中的胞间层物质软化、熔化和流动并与作为增强材料的竹纤维包裹，形成了犹如“钢筋水泥土”结构般的致密、连续和坚固的焊接界面；FTIR分析结果表明，摩擦产生的高温会导致竹销中半纤维素发生一定程度的降解，纤维素的降级十分有限，木质素发生一定程度的缩合反应，木质素的含量相对提高。试验结果表明，将竹销钉代替木榫用于木材的旋转摩擦焊接是可行的。     

竹榫旋转焊接工艺参数及机理探究

[目的]木榫旋转焊接是木结构、家具中的一种新型绿色连接技术,国内外对于竹榫旋转焊接研究较少,其最佳焊接工艺参数未知,竹榫、木榫旋转焊接之间的差异也有待研究.[方法]使用毛竹榫旋转焊接云杉基材,通过测试焊接形成的连接节点的抗拉拔性能,探究竹榫旋转焊接较优的工艺参数.选取基材预钻孔与竹榫直径比值(孔径比)、竹榫转速、竹榫含...     

木材摩擦焊接技术的研究进展

木材摩擦焊接是一种具有发展前景的无胶胶合技术,为深化对木材焊接技术的认识,介绍了木材摩擦焊接技术的研究进展,探讨了焊接技术的发展方向。介绍了焊接原理、焊接效果、焊接影响因素及焊接性能改善的研究现状,讨论了摩擦焊接过程中温度与时间的函数模型,综述了焊接理论的有限元模型及焊接接头破坏机制的研究,结合木材焊接的特点及研究现状,提出了未来研究的设想。结果表明,除了木材种类、纹理方向、含水率及添加剂等共同影响因素外,对于不同的焊接方式,焊接效果的影响因素不尽相同,线性摩擦焊接的主要影响因素有施加压力、焊接频率和振幅、焊接时间、保压压力及保压时间等,旋转摩擦焊接的主要影响因素有木榫旋转速率、给进角度与速率、圆木榫直径与预留钻孔孔径的比值等。焊接界面的部分材料在水中会发生溶解,防水性能的缺陷限制了摩擦焊接技术在室外构件中的应用,焊接前的预处理能有效提高耐水性,部分添加剂的使用能起到改善焊接性能的作用。焊接传热模型有助于了解焊接过程发生的物理化学变化,有限元模型有助于从力学角度分析焊接构件的破坏机制。木材焊接技术可能向着结构构件工业化生产的方向发展,深入了解焊接构件的破坏机制、通过成熟工艺改善焊接效果、制造出便于工业化生产的焊接设备将会是未来研究的重点。     

木材焊接理论研究及技术进展

介绍了木材焊接技术的研究进展,包括焊接原理、两种焊接形式分类、影响参数、焊接过程中的化学变化、焊接理论模型研究以及焊接技术的应用等。在焊接形式分类中分别介绍了平面的摩擦焊接和木榫旋转焊接过程及伴随的温度变化。在影响参数中综述了树种、纹理、焊接速度以及一些特殊处理方法对焊接性能的影响,其中树种和基材纹理方向对平面摩擦焊接性能的影响甚大,树种和木榫转速是影响木榫旋转焊接性能重要参数。在焊接过程化学组分的变化中,着重阐释了木素分解产生的游离酚以及糖类热解产物是粘结性能良好的主要原因,说明耐水性的由来和焊接产生的气体组分。对焊接理论模型的研究较少,尚未获得准确率较高的模型。最后,结合木材焊接技术的优、缺点及研究现状,提出其在现代木结构建筑中替代钉连接,以及古建加固和修复、名贵木材的无胶连接等方面的应用设想。     

热处理对人工林杉木尺寸稳定性的影响

以人工林杉木为试材,对分别用热油和热空气为介质,在温度为180℃、200℃和220℃分别热处理1 h、3h和5h后试件的抗吸水率、抗胀率和表面接触角进行了测定,并用化学法分析了处理材主要成分的变化.结果表明:热处理后试件的尺寸稳定性能均显著高于未处理对照材(P＜0.05).且随温度的升高、处理时间的延长,木材的尺寸稳定性明显增加;在隔氧的油介质中进行热处理,试件的尺寸稳定性明显高于热空气处理材.对处理材主要化学成分的分析表明热处理使木材尺寸稳定的机理是处理过程中木材细胞壁组分尤其是半纤维素和少量的纤维素发生了化学降解.     

徽州古建筑木结构构件防护处理

以安徽徽州地区古建筑木结构构件为研究对象,采用新型配制的联合防腐阻燃药剂,对试件进行常压浸渍处理和真空加压处理,研究了处理工艺对其载药量、阻燃性能、耐候性能的影响,结果表明:(1)经加压浸渍处理的试件载药量较常压浸渍处理方法载药量提高约为1.5~3.0倍;(2)经常压浸渍处理的试件阻燃性氧浓度值较未处理组提高约为5%,经加压浸渍处理的试件阻燃性氧浓度值较未处理组提高11%左右;(3)未处理组平均质量损失约为经常压浸渍处理的1.20倍,是加压浸渍处理的试件质量损失的4.02倍。真空加压浸渍较常压浸渍处理各项性能指标均有所提高。     

化学成分对木材细胞壁纵向弹性模量和硬度的影响

以杉木成熟材晚材为研究对象,采用化学成分选择性脱除方法依次脱除木质素和半纤维素。利用纳米压痕技术,在纳米尺度上,探讨半纤维素和木质素对木材细胞壁压入力学性能的影响。结果表明:木质素对细胞壁的弹性模量影响显著,脱除木质素后细胞壁弹性模量损失了6.53%。半纤维素是一种界面高分子,在细胞壁中作为连接纤维素和木质素的界面偶联剂,对细胞壁的纵向弹性模量影响极显著,脱除半纤维素后细胞壁弹性模量损失约为9.16%。木质素和半纤维素对细胞壁的硬度影响均显著。木质素脱除后,细胞壁硬度降低了16.98%。半纤维素脱除处理与脱木质素处理相比,硬度仅下降了0.87%。      

竹/木销连接组合木梁抗弯性能研究

试验对竹/木销连接的双层规格材组合木梁进行四点弯曲加载试验。试验参数包括销的种类（竹销和木销），钉入角度（45°、60°、90°）和竹销直径（8、10、12 mm）。结果表明，90°和60°角连接时，竹销连接组合木梁刚度比木销连接分别提升11%和18%；组合木梁随销钉入角度的增加，刚度逐渐增加，90°角连接比60°和45°角连接刚度分别提升7%和29%；增加竹销直径可以有效提升组合木梁刚度。     

外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响

[目的]高温热处理可使木材半纤维素部分降解,改善木材的尺寸稳定性.使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度,因此有必要明确其热降解规律.[方法]采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素,通过傅里叶红外光谱仪和热重分析法研究引入外源酸条件下(两种外源酸AlCl3和H3PO4,每种外源酸的浓度分别为0.1和0.3 mol...     

真空热处理日本落叶松木材化学性质的变化

为了揭示真空热处理对日本落叶松Larix kaempferi木材的作用机制,以日本落叶松木材为研究对象,分别在160,180,200,220和240℃的条件下对木材进行真空-常压热处理4 h。采用X射线衍射法研究了热处理对木材结晶性能的影响;利用傅里叶红外光谱、固体核磁共振和电子自旋共振分析了木材在热处理过程中化学基团和表面自由基的变化。结果表明:经真空度为0.05~0.09 MPa联合常压热处理后,木材纤维素结晶度的变化趋势为先增大,后减小,再增大。未处理材结晶度为36.21%,热处理温度为160,180,200,220和240℃时,木材的结晶度分别为43.56%,46.26%,32.09%,32.66%和37.97%。随着热处理温度的升高,木材中羰基官能团减少,热处理过程中木材半纤维素发生降解脱除乙酰基,酚型木素结构单元增多,醚化木质素结构单元减少。热处理前后木材表面自由基类型未发生改变,随着热处理温度的升高,木材表面自由基的数量增加。真空热处理对半纤维素与木质素产生了不同程度的影响,对纤维素的影响相对较小,通过对不同热处理条件下日本落叶松木材化学性质的分析,进一步阐释了真空热处理对木材的作用机制。图3表2参23     

热处理对表面密实材变形固定及性能影响

目的高温热处理是一种广泛使用的木材压缩变形固定方法,以往研究中大多对木材进行整体热处理,但整体热处理方式耗时长能耗大,且表面密实材仅仅是表面几毫米的密实层需要固定,因此有必要探究一种适合表面密实材的变形固定方法。方法本研究采用热压机对表面密实材进行表面热处理,并对不同条件处理后的试件进行回弹率、表面硬度、耐磨性、材色的测定和红外光谱分析,探讨热处理对表面密实材变形固定和性能的影响。结果热处理对固定木材表面的压缩变形效果显著,且吸湿、吸水和水煮回弹率均随着处理温度的升高或处理时间的延长而降低。当温度高于200 ℃,延长处理时间会造成木材表面硬度和耐磨性的降低。随着热处理温度的升高或处理时间的延长,表面密实材的明度差、红绿轴色品指数差和黄蓝轴色品指数差的绝对值增大,色差增大,材色变深。热处理后各吸收峰的吸光度均呈现降低的趋势,且随热处理温度的升高和处理时间的延长降低越明显,在高温作用下木材3大组成成分纤维素、半纤维素和木素由于热解反应导致其含量降低,另外影响木材尺寸稳定性的羟基和羰基的数量也相应减少。结论热处理可以对表面密实材进行有效地变形固定,但提高处理温度或延长处理时间会导致木材表面硬度和耐磨性的降低以及材色的变化。      

热处理木材的水分吸着热力学特性

为了弄清楚热处理木材细胞壁中的水分吸着环境，即由半纤维素和木素组成的无定形区构造的变化，本研究通过对未处理及１５０，１８０，２３０℃处理云杉材在温度为２０℃和５０℃时的水分吸着等温线的测定，得到了吸着水的微分吸着热ＱＬ、微分吸着自由能ΔＧ及微分吸着熵ＴΔＳ与水分吸着量Ｗ、热处理温度之间的关系．结果表明：①与未处理木材相比，热处理木材的水分吸着机构发生变化，即第一层吸着和第二层吸着不具有时间上的重叠性；②随着热处理温度的升高，水分吸着量减少，这是由于吸湿性的半纤维素发生变化而致；③在相对湿度为６０％时，微分吸着热ＱＬ和微分吸着熵ＴΔＳ随着热处理温度的升高而减少，这一现象意味着水分子与木材分子之间形成的氢键结合数量上的减少．     

L型构件双圆棒榫节点抗弯强度模型及其数值模拟

为解决现有圆棒榫节点抗弯强度研究中试验偶然性的问题,采用有限元法,建立L型构件双圆棒榫节点抗弯强度模型,进行数值模拟,并通过相应的试验对模拟结果进行了验证。结果表明:1)所建立的有限元模型可用于实木榫接合家具设计中的抗弯强度预测,不同直径下有限元分析结果与试验结果平均误差均<15%,且圆棒榫变形情况与试验结果相符;2)双圆棒榫接合构件抗弯节点主要破坏形式为榫损伤,抗弯强度随直径增加而增加,但增幅减小;3)直径为10 mm的双圆棒榫可用于椅子腿部与望板接合部位,直径为8 mm的双圆棒榫可用于椅子腿与扶手连接处,性能满足GB 103547所规定的要求,直径为6 mm的双圆棒榫不适用于椅子连接。     

阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征

为了弄清楚阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征,将阻燃处理木材在模拟的典型火灾中燃烧后,取距燃烧表面不同位置的试样,采用热失重法研究了阻燃处理木材燃烧残余物的热分解过程,结果表明:①阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解开始温度没有明显的差别,未处理木材燃烧残余物的热分解开始温度比未燃烧木材高;②阻燃处理木材中阻燃剂的热分解峰值温度为200℃,随着燃烧过程的进行,归属于阻燃剂的峰消失;③阻燃处理木材燃烧残余物热分解温度曲线中,在230℃附近归属于半纤维素的峰消失,在210～240℃出现了一个缓慢的肩;④阻燃处理木材及其燃烧残余物的质量损失速度曲线主峰温度比未处理木材及其燃烧残余物降低100℃,质量损失速度大幅度减少;⑤阻燃处理木材在600℃时的热分解残存质量比未处理木材显著增大,随着燃烧时受热温度的增高,燃烧残余物热分解的残余质量显著增大;⑥阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解温度区间,与未处理木材及其燃烧残余物存在显著差异.